Лабораторная работа №3

Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 0,35% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?

Результаты измерений.

Порядок выполнения.

Приборы и оборудование.

· Лабораторный стенд ЮЭ-50………….. 1 шт

· Мультиметр АМ-1171…………………. 1шт

· Генератор AMG-4105 ……………… 1 шт

· Осциллограф ADS-2061MV………… 1 шт

3.1. Собрать схему 1 (рис.1). Использовать трансформатор ТВ.

3.2. Установить на выходе генератора синусоидальный сигнал с частотой 1 КГц и амплитудой 10 В и подать его на контакты 113 и 115.

3.3. Измерить осциллографом амплитуду сигнала холостого хода U_2хх на вторичной обмотке трансформатора (контакты 116 и 117).

3.4. Вычислить коэффициент трансформации К_тр1 как отношение амплитуды в первичной обмотке к амплитуде во вторичной обмотке.

3.5. Подать сигнал от генератора на контакты 113 и 114 и вновь измерить амплитуду на вторичной обмотке. Вычислить коэффициент трансформации К_тр2

3.6. К выводам вторичной обмотки 116 и 117 подключить резистор величиной 15 ом и измерить амплитуду сигнала U_R на нагрузке трансформатора, т.е. на резисторе R1. Вычислить величину переменного тока во вторичной обмотке по формуле I₂= U_R: R1

3.7. В разрыв цепи первичной обмотки, между генератором и контактом 113 трансформатора, включить миллиамперметр переменного тока с пределом измерения 300 мА. Измерить ток в первичной обмотке I₁. Убедиться, что ток первичной цепи меньше тока нагрузки в К_тр раз.

3.8. Снять частотную характеристику трансформатора, для чего, не меняя амплитуду входного сигнала 10 В, изменять его частоту от 100 Гц до 15 Кгц согласно таблице 1. На каждом значении частоты измерять и заносить в таблицу 1 значения амплитуды сигнала U_R в нагрузке. По данным измерений построить частотную характеристику трансформатора как функцию U_R = f(F). По построенной частотной характеристике определить рабочую полосу трансформатора

П.3.3. U_2хх =

П.3.4. К_тр1 =

П.3.5. К_тр2 =

П.3.6. I₂ =

П.3.7. I₁ =

Таблица 1.

№ изм.	Частота (Гц)	Амплитуда (В)

Осциллограф

Тр

R 1

Генератор

.

R 1= 1 кОм

Схема 1. Рис.1

U_R2(В)

F(Гц)

Вывод:

Первичная кристаллизация сплавов системы железо-углерод начинается по достижении температур, соответствующих линии ABCD (линии ликвидус), и заканчивается при температурах, образующих линию AHJECF (линию солидус).

При кристаллизации сплавов по линии АВ из жидко­го раствора выделяются кристаллы твердого раствора углерода в α-железе (δ-раствор). Процесс кристаллиза­ции сплавов с содержанием углерода до 0,1 % заканчи­вается по линии АН с образованием α (δ)-твердого раст­вора. На линии HJB протекает перитектическое превращение, в результате которого образуется твердый раствор углерода в γ-железе, т. е. аустенит. Процесс первичной кристаллизации сталей заканчивается по линии AHJE.

При температурах, соответствующих линии ВС, из жидкого раствора кристаллизуется аустенит. В сплавах, содержащих от 4,3% до 6,67% углерода, при темпера­турах, соответствующих линии CD, начинают выделяться кристаллы цементита первичного. Цементит, кристал­лизующийся из жидкой фазы, называется первичным. B точке С при температуре 1147°С и концентрации углерода в жидком растворе 4,3% образуется эвтектика, которая называется ледебуритом. Эвтектическое превращение с образованием ледебурита можно записать формулой ЖР_4,3 Л[А_2,14+Ц_6,67]. Процесс первичной кристаллизации чугунов заканчивается по линии ECF образованием ледебурита.

Таким образом, структура чугунов ниже 1147°С будет: доэвтектических — аустенит + ледебурит, эвтектических — ледебурит и заэвтектических — цементит (первичный)+ледебурит.

Превращения, происходящие в твердом состоянии, называются вторичной кристаллизацией. Они связаны с переходом при охлаждении γ-железа в α-железо и распадом аустенита.

Линия GS соответствует температурам начала превращения аустенита в феррит. Ниже линии GS сплавы состоят из феррита и аустенита.

Линия ЕS показывает температуры начала выделения цементита из аустенита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените с понижением температуры. Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным цементитом.

В точке S при температуре 727°С и концентрации углерода в аустените 0,8 % образуется эвтектоидная смесь состоящая из феррита и цементита, которая называется перлитом. Перлит получается в результате одновременного выпадения из аустенита частиц феррита и цементита. Процесс превращения аустенита в перлит можно записать формулой А_0,8 П[Ф_0,03+Ц_6,67].

Линия PQ показывает на уменьшение растворимости углерода в феррите при охлаждении и выделении цементита, который называется третичным цементитом.

Следовательно, сплавы, содержащие менее 0,008% углерода (точка Q), являются однофазными и имеют структуру чистого феррита, а сплавы, содержащие углерод от 0,008 до 0,03% – структуру феррит+цементит третичный и называются техническим железом.

Доэвтектоидные стали при температуре ниже 727 ºС имеют структуру феррит + перлит и заэвтектоидные – перлит + цементит вторичный в виде сетки по границам зерен.

В доэвтектических чугунах в интервале температур 1147–727 ºС при охлаждении из аустенита выделяется цементит вторичный, вследствие уменьшения растворимости углерода (линия ES). По достижении температуры 727 ºС (линия PSK) аустенит, обедненный углеродом до 0,8 % (точка S), превращаясь в перлит. Таким образом, после окончательного охлаждения структура доэвтектических чугунов состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита превращенного (перлит + цементит).

Структура эвтектических чугунов при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного. Заэвтектический чугун при температурах ниже 727ºС состоит из ледебурита превращенного и цементита первичного.

а) б)

Рисунок 2: а – диаграмма железо-цементит;

б – кривая охлаждения для сплава, содержащего 0,35% углерода

Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:

C = K + 1 – Ф,

где С – число степеней свободы системы;

К – число компонентов, образующих систему;

1 – число внешних факторов (внешним фактором считаем только температуру, так как давление за исключением очень высокого мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях);

Ф – число фаз, находящихся в равновесии.

Сплав железа с углеродом, содержащий 0,35 % С, называется доэвтектоидной сталью. Его структура при комнатной температуре феррит + перлит.

Дата добавления: 2015-05-07